KR101482478B1 - Si based negative electrode material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조성식이 SiaSnbNicTiyMmCz(식중, a, b, c, y, m 및 z는 원자% 값을 나타내고, M은 Fe, Cr 및 Co 중 임의의 하나 이상이며, a>0, b>0, z>0, y≥0, 0≤m≤1, c>5, z+0.5·b>a이고, c+y>0.75·b임)인 리튬 이온 배터리용 음극 활성 물질을 제공한다. 활성 물질을 제조하는 방법은, - 조성물 SiaSnbNicTiyMmCz 중 원소들의 분말 및/또는 이 원소들의 합금화된 분말의 혼합물을 제공하는 단계, 및 - 비 산화 조건 하에서 분말 혼합물을 고 에너지 분쇄하는 단계를 포함한다.In the present invention, the composition formula is Si a Sn b Ni c Ti y M m C z wherein a, b, c, y, m and z are atomic% values, M is at least one of Fe, And a lithium ion battery having a relationship of a> 0, b> 0, z> 0, y≥0, 0≤m≤1, c> 5, z + 0.5b> a and c + y> And a negative electrode active material. The method for preparing the active material comprises the steps of: - providing a mixture of powders of elements and / or alloyed powders of these elements of the composition Si a Sn b Ni c Ti y M m C z , and - And high-energy pulverization.

Description

Si계 음극 물질{SI BASED NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL}Si based negative electrode material {SI BASED NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL}

본 발명은 리튬 이온 배터리용 음극 활성 물질 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an anode active material for a lithium ion battery and a method of manufacturing the same.

휴대용 전자 장치는 더 작아지고, 더 가벼워지고 있으며, 종종 더 많은 에너지를 필요로 하고 있다. 이로 인하여 고용량이면서 컴팩트한 배터리에 대한 관심이 증가하고 있다. 비 수성 전해질 리튬 이온 배터리는 이러한 용도를 위한 가장 유망한 기술들 중 하나로서 간주된다. 리튬 치환(lithiation) 반응시 리튬은 활성 물질에 첨가되고, 탈리튬(delithiation) 반응시 리튬 이온은 활성 물질로부터 제거된다. 현재 리튬 이온 배터리에 적용되는 애노드(anode)들의 대부분은 충전 및 방전시 리튬 흡장(intercalation) 및 탈흡장(de-intercalation) 기작에 의해 작용한다. 이와 같은 물질의 예로서는, 흑연과 리튬 티타늄 옥사이드(LTO)가 있다. 그러나, 이러한 활성 애노드 물질들은 중량 측정 용량(gravimetric capacity) 및 용적 측정 용량이 부족하다. 흑연과 LTO의 중량 측정 용량은 각각 372mAh/g(LiC6) 및 175mAh/g(Li4Ti5O12)이다. Portable electronic devices are becoming smaller, lighter, and often require more energy. As a result, interest in high capacity and compact batteries is increasing. Non-aqueous electrolyte lithium ion batteries are considered to be one of the most promising technologies for this application. Lithium is added to the active material during the lithiation reaction, and lithium ions are removed from the active material during the delithiation reaction. Most of the anodes that are currently applied to lithium ion batteries are acted upon by lithium intercalation and de-intercalation mechanisms during charging and discharging. Examples of such materials include graphite and lithium titanium oxide (LTO). However, these active anode materials lack gravimetric capacity and volumetric capacity. The weighing capacities of graphite and LTO are 372 mAh / g (LiC 6 ) and 175 mAh / g (Li 4 Ti 5 O 12 ), respectively.

활성 물질의 또 다른 군은 금속, 금속 합금 또는 복합 금속 합금과 리튬을 합금화(alloying) 및 탈합금화(de-alloying)함으로써 작용한다. 금속이란 용어는, 금속 및 준금속 둘 다를 말할 수 있다. 몇 가지 좋은 예로서는 순수 실리콘(pure silicon), 순수 주석(pure tin) 또는 비결정질 CoSn 합금(소니(Sony)에 의해 넥세리온(Nexelion)으로서 상품화됨)이 있다. 리튬 합금화 타입의 전극을 적용함에 따른 문제점은 주로 입자 용적의 연속적인 팽창 및 감소와 관련되어 있거나 또는 사이클링(cycling)시 원치않는 상(phase) 변화에 의해 유발된다. 입자 용적의 반복적인 팽창 및 수축은, 입자와 전류 집전체 사이 접촉 누손(contact loss), 용적 변화시 전해질의 새로운 입자 표면으로의 반복적인 노출로 인한 분해, 내부 응력으로 인한 입자의 분쇄(pulverization) 또는 크래킹(cracking)을 유도할 수 있다. 장기간 사이클링시 상 변화도 또한 영향이 있다. 순수 실리콘에서 Li15Si4 상으로의 리튬 치환 반응 후, 사이클링은 더 이상 가역적이지 않다. 또한 장기간 사이클링시 탈리튬 반응 이후에, 주석-전이 금속 합금 상 대신에 결정질 유리 주석 상의 존재 또는 형성으로 용량이 감소하게 된다.Another group of active materials act by alloying and de-alloying a metal, a metal alloy or a composite metal alloy with lithium. The term metal may refer to both metals and metalloids. Some good examples are pure silicon, pure tin or amorphous CoSn alloys (commercialized as Nexelion by Sony). Problems associated with the application of lithium alloy type electrodes are mainly related to the continuous expansion and reduction of the particle volume or are caused by unwanted phase changes during cycling. Repeated expansion and contraction of the particle volume can result in contact loss between the particles and the current collector, decomposition due to repetitive exposure of the electrolyte to new particle surfaces upon volume change, pulverization of particles due to internal stress, Or cracking. ≪ RTI ID = 0.0 > Phase change also affects long-term cycling. After the lithium substitution reaction from pure silicon to Li 15 Si 4 phase, cycling is no longer reversible. Also, after the depolymerization reaction during long-term cycling, the presence or formation of a crystalline glass tin phase instead of the tin-transition metal alloy phase results in a decrease in capacity.

본 발명의 목적은 용량이 크고 사이클링 수명(cycling life)이 긴, 비 수성 전해질 2차 배터리용 음극 물질을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large capacity and a long cycling life.

제1 양태로부터 살펴보면, 본 발명은 조성식이 SiaSnbNicTiyMmCz(식중, a, b, c, m, y 및 z는 원자% 값을 나타내고, M은 Fe, Cr 및 Co 중 임의의 하나 이상이며, a>0, b>0, z>0, y≥0, c>5, 0≤m≤1, z+0.5·b>a이고, c+y>0.75·b임)인 리튬 이온 배터리용 음극(negative electrode) 활성 물질을 제공할 수 있다. 하나의 구체예에서, y>0이다. 다른 구체예에서, Si 함량은 0<a≤45로서 한정된다. 또 다른 구체예에서, z>a이다. 활성 물질은 충전시 이론상 용적 증가율이 200% 미만일 수 있다. 하나의 구체예에서, 음극 물질 중 99at% 이상은 SiaSnbNicTiyCz(식중, a>0, b>0, z>0, y≥0, c>5, z+0.5·b>a 및 c+y>0.75·b임)로 구성된다. 다른 구체예에서, 리튬 이온 배터리용 음극 활성 물질은 조성식이 SiaSnbNicMyCz(식중, a, b, c, y 및 z는 원자% 값을 나타내고, M은 Ti이며, a>0, b>0, z>0, y≥0, c>5, z+0.5·b>a 및 c+y>0.75·b임)이다.The present invention is characterized in that the composition formula is Si a Sn b Ni c Ti y M m C z wherein a, b, c, m, y and z represent atomic% Co, and c + y> 0.75. B, where a> 0, b> 0, z> 0, y≥0, c> 5, 0≤m≤1, A negative electrode active material for a lithium ion battery. In one embodiment, y > 0. In another embodiment, the Si content is defined as 0 < In another embodiment, z > a. The active substance may theoretically have a volume increase rate of less than 200% upon charging. In one embodiment, 99% or more of the cathode material is Si a Sn b Ni c Ti y C z where a> 0, b> 0, z> 0, y> 0, c> 5, b> a and c + y> 0.75 · b). In another embodiment, the negative active material for a lithium ion battery has a composition formula of Si a Sn b Ni c M y C z wherein a, b, c, y and z represent atomic% values, M is Ti, a 0, b> 0, z> 0, y? 0, c> 5, z + 0.5? B> a and c + y> 0.75? B.

제2 양태로부터 살펴보면, 본 발명은, According to a second aspect of the present invention,

- 조성물 SiaSnbNicTiyMmCz 중의 원소들의 혼합물 및/또는 이 원소들의 합금화된 분말을 제공하는 단계, 및- providing a mixture of elements in the composition Si a Sn b Ni c Ti y M m C z and / or an alloyed powder of these elements, and

- 비 산화 조건 하에서 분말 혼합물을 고 에너지 분쇄(high energy milling)하는 단계를 포함하는, 상기 기술한 음극 활성 물질을 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 하나의 구체예에서, 조성물은 SiaSnbNicMyCz이며, 이 경우 M은 Ti이다.- high energy milling of the powder mixture under non-oxidizing conditions, to produce a negative electrode active material as described above. In one embodiment, the composition is Si a Sn b Ni c M y C z , where M is Ti.

하나의 구체예에서, 고 에너지 분쇄는 Ar, N2, CO 및 CO2 중 임의의 하나 이상을 포함하는 가스의 보호 대기(protective atmosphere) 중에서 수행된다. 다른 구체예에서, 고 에너지 분쇄는 Ar, N2, CO 및 CO2 중 임의의 하나 이상으로 이루어진 가스의 보호 대기 중에서 수행된다. 또 다른 구체예에서, 고 에너지 분쇄는 수평 또는 수직 어트리터(attritor) 내에서 수행된다. 또 다른 구체예에서, Sn 및 Ni는 원자화된 SnNi 합금, 바람직하게는 원자화된 취성 SnNi 합금과, Ni3Sn4 화합물, 바람직하게는 원자화된 Ni3Sn4 화합물 중 임의의 하나 이상으로서 제공된다. 다른 구체예에서, Sn, Ti 및 Ni는 원자화된 Ni3Sn4-Ti 합금으로서 제공된다. C는 카본 블랙으로서 제공될 수 있다. 상기 기술한 방법은 고 에너지 분쇄된 혼합물에 전도성 탄소 또는 흑연을 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.In one embodiment, the high energy pulverization is performed in a protective atmosphere of a gas comprising any one or more of Ar, N 2 , CO and CO 2 . In another embodiment, the high energy pulverization is carried out in a protective atmosphere of a gas consisting of any one or more of Ar, N 2 , CO and CO 2 . In another embodiment, the high energy pulverization is performed in a horizontal or vertical attritor. In yet another embodiment, Sn and Ni are provided as an atomicized SnNi alloy, preferably an atomized brittle SnNi alloy and any one or more of a Ni 3 Sn 4 compound, preferably an atomized Ni 3 Sn 4 compound. In another embodiment, Sn, Ti and Ni are provided as atomized Ni 3 Sn 4 -Ti alloys. C may be provided as carbon black. The method described above may further comprise the step of adding conductive carbon or graphite to the high energy pulverized mixture.

WO2007/120347호에 전극 조성물 SiaSnbMyCz(식중, M은 Ti일 수 있으며, a+b>2y+z임)이 개시되어 있음을 언급하는 것이 적당하다. 본 출원의 조성물(SiaSnbNicTiyCz)의 관점에서 표현될 때, 이는 a+b>2·(c+y)+z임을 의미한다. 그러나, 본 출원에 있어서 z+0.5·b>a이고 c+y>0.75·b이므로; 이는 또한 z+0.75·b>a+0.25·b임을 함축하며; c+y>0.75·b이므로 이는 z+c+y>a+0.25·b임을 함축하고; 이는 z+c+y+0.75·b>a+b와 동일하므로; (다시 c+y>0.75·b이므로) a+b<2·(c+y)+z이다. WO2007/120347호의 Si 및 Sn 둘다의 양이 증가함에 따른 부정적인 영향에 대해서는 이하에 논의되어 있다.It is appropriate to mention in WO 2007/120347 that the electrode composition Si a Sn b M y C z , wherein M may be Ti, a + b> 2y + z is disclosed. When expressed in terms of the composition of the present application (Si a Sn b Ni c Ti y C z ), this means that a + b> 2. (C + y) + z . However, in the present application, since z + 0.5 · b> a and c + y> 0.75 · b, This also implies z + 0.75 · b> a + 0.25 · b; c + y> 0.75 · b, which implies that z + c + y> a + 0.25 · b; Which is equal to z + c + y + 0.75 · b> a + b; (Again c + y &gt; 0.75 · b) and a + b <2 · (c + y) + z . The negative effects of increasing amounts of both Si and Sn in WO 2007/120347 are discussed below.

US2010-0270497호에는 SiaSnbCcAldMe 형의 합금에 대해 개시되어 있는데, 여기서 M은 예를 들어 Ni, Fe 또는 Cu이다. 그러나, 본 출원에서 Al의 존재는 활성 물질의 용량 보유력(capacity retention)에 부정적인 영향을 미치는 것이 밝혀졌다. 뿐만 아니라, M=Ni 및 a+b+c+e=1라는 요구 사항과 부가적 제한 사항(본 출원의 제 1 항에 한정됨)을 충족하는 SiaSnbCcMe 조성물에 대하여는 개시되어 있지 않다. 본 출원에 있어서 z+0.5·b>a이거나, 심지어 z>a인 반면에, US2010-0270497호에 있어서 Ni를 포함하는 모든 합금의 경우 z≤a이다. 이는, 본 출원에 있어서 Si의 함량이 감량될 수 있으며, 또한 용량 보유력이 우수한 애노드 조성물이 얻어진다는 것을 의미한다. 그러므로, 배터리 충전시 용적 팽창과 연관된 문제점들이 방지된다. US2010-0270497 discloses an alloy of the type Si a Sn b C c Al d M e , where M is, for example, Ni, Fe or Cu. However, it has been found that the presence of Al in the present application negatively affects the capacity retention of the active material. In addition, for Si a Sn b C c M e compositions meeting the requirement that M = Ni and a + b + c + e = 1 and additional limitations (defined in claim 1 of the present application) It is not. In the present application, z + 0.5 · b> a, or even z> a, is true for all alloys containing Ni in US 2010-0270497. This means that the content of Si in the present application can be reduced and an anode composition excellent in capacity retention can be obtained. Therefore, problems associated with volumetric expansion during battery charging are avoided.

도 1은 Si-Sn-Ni-Al-C 합금의 X-선 회절 패턴이다(반례 1).
도 2는 Si-Sn-Ni-C 합금의 X-선 회절 패턴이다.
도 3은 Si-Sn-Ni-Ti-C 합금의 X-선 회절 패턴이다.
도 4는 실시예에 기술된 합금들에 대한, 활성 물질의 용량(mAh/g) 대 사이클 수(N)를 나타낸다.
1 is an X-ray diffraction pattern of a Si-Sn-Ni-Al-C alloy (Comparative Example 1).
2 is an X-ray diffraction pattern of a Si-Sn-Ni-C alloy.
3 is an X-ray diffraction pattern of a Si-Sn-Ni-Ti-C alloy.
Figure 4 shows the capacity (mAh / g) versus number of cycles (N) of active material for the alloys described in the examples.

본 발명자들은 조성식이 SiaSnbNicTiyMmCz(식중, a, b, c, y, m 및 z는 원자% 값을 나타내고, 이 경우, a+b+c+y+m+z=100임)인 리튬 이온 애노드 물질용 음극 활성 물질을 기술한다. 하나의 구체예에서, M은 철, 크롬 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소이다. 이러한 원소들은 통상적으로 분쇄 과정을 거친 후에는, 합금에 있어서 불순물로서 발견된다. 또한, a>0, b>0, z>0, y≥0, 0≤m≤1, c>5, z+0.5·b>a 및 c+y>0.75·b이다.The present inventors have found that when the composition formula is Si a Sn b Ni c Ti y M m C z wherein a, b, c, y, m and z represent atomic% values, in this case a + b + c + + z = 100). &lt; / RTI &gt; In one embodiment, M is at least one element selected from the group consisting of iron, chromium, and cobalt. These elements are usually found as impurities in the alloy after the milling process. Also, a> 0, b> 0, z> 0, y? 0, 0? M? 1, c> 5, z + 0.5? B> a and c + y> 0.75?

실리콘은 자체의 중량 측정 용량이 약 3570mAh/g이므로 활성 물질 중에서 용량을 증가시키는데 사용된다. 하나의 구체예에서, 실리콘은 최대 45원자%의 양으로 합금 조성물에 존재한다. 활성 물질 중 다량의 실리콘은 용적 팽창량을 증가시킬 수 있는데, 이러한 팽창량은 얻어질 수 없는 수준으로 최종 음극에서 완충되어야 하므로, 결과적으로는 배터리의 전력손과 조기 고장을 초래할 수 있다. Silicon is used to increase the capacity in the active material since its weight capacity is about 3570 mAh / g. In one embodiment, the silicon is present in the alloy composition in an amount up to 45 atomic%. A large amount of silicon in the active material can increase the amount of volumetric expansion, since such an amount of expansion must be buffered in the final cathode to an unattainable level, resulting in power failure and premature failure of the battery.

실리콘은 크기가 매우 작은 결정질 또는 반결정질 입자로서 존재한다. 그 이유는, 배터리가 처음의 충전 및 방전 단계에서 “컨디셔닝(conditioning)된 후 최종 용도로서 사용될 수 있기 때문이다. 이러한 컨디셔닝 단계시 리튬 기준 전극에 비해 매우 낮은 포텐셜(0mV 내지 30mV)이 적용되어, 결정질의 실리콘이 부분적으로 비결정질이 되게 한다. 더 높은 결정도를 얻기 위해서 상이한 물질 컨디셔닝 단계를 필요로 할 수 있다. 통상의 작업시 실리콘을 컨디셔닝한 후에는, 안정적인 사이클링을 도입하는데 더 높은 포텐셜이 사용된다. 만일 (컨디셔닝 후) 전극의 작동시 리튬 기준 전극에 비해 낮은 전압으로 실리콘이 사이클링되면 Li15Si4 상이 형성될 수 있는데, 이 Li15Si4 상은 더 이상 가역적 사이클링에 이용가능하지 않을 것이다. 전해질 또는 전해질 첨가물의 양과 유형에 따라서, 컨디셔닝 후 통상의 사이클링은 금속 리튬 기준 전극에 비해 약 45mV 내지 80mV에서 제한될 수 있다.Silicon exists as very small crystalline or semi-crystalline particles. This is because the battery can be used as an end use after being &quot; conditioned &quot; in the initial charge and discharge stages. During this conditioning step, a very low potential (0 mV to 30 mV) is applied relative to the lithium reference electrode, making the crystalline silicon partially amorphous. Different material conditioning steps may be required to obtain higher crystallinity. After conditioning the silicon during normal operation, a higher potential is used to introduce stable cycling. If (after conditioning) when the silicon is cycling at a low voltage compared to the lithium reference electrode during operation of the electrode Li 15 Si 4, there can be different forms, this Li 15 Si 4 phase would not be available for longer reversible cycling. Depending on the amount and type of electrolyte or electrolyte additive, typical cycling after conditioning can be limited to about 45 mV to 80 mV compared to the metal lithium reference electrode.

주석은 전기 화학적 용량이 크고 전도성이 우수하기 때문에 합금에 사용된다. 높은 수준의 주석은 리튬 치환 반응 속도를 증가시키고, 활성 물질의 성능을 향상시키지만, 원소 주석의 형성은 방지되어야 한다. 탈리튬 반응시에는 더 가역적인 전기 화학적 주석-전이 금속 합금의 상 대신에, 더 큰 유리 결정질의 주석 입자가 또한 형성되어 생장할 수도 있다. 그러므로, 작고 안정적인 가역적 주석 합금 입자를 형성하는 것이 제공된다. Tin is used in alloys because of its high electrochemical capacity and excellent conductivity. High levels of tin increase the rate of lithium substitution and improve the performance of the active material, but the formation of elemental tin should be prevented. Instead of a more reversible electrochemical tin-transition metal alloy phase during the lithium-to-lithium reaction, larger free crystalline tin particles may also be formed and grow. Therefore, it is provided to form a small stable irreversible tin alloy particle.

본 발명에 의한 복합 애노드 활성 물질은 니켈을 포함한다. 니켈은 주석과, 전도성이 더 작은 준금속 실리콘(metalloid silicon) 간 금속 결합제로서 첨가된다. 연성 주석(ductile tin)의 분쇄 또는 취급은 또한 니켈을 사용하여 합금화함으로써 개선된다. 분쇄를 개선하기 위해서, 순수 니켈 금속 대신에 취성 금속간 화합물, 예를 들어 Ni3Sn4 합금으로 시작하는 것이 편리할 수 있다. 임의의 구체예에서, 기타 다른 원소들이 첨가되어 합금 화합물의 순환성(cyclability)을 증강시킬 수 있다. 이러한 금속 또는 준금속은 니켈과 함께 첨가될 수 있다. 티타늄이 첨가될 때, 이 티타늄은 또한 결정 미세화제(grain refiner)로서 작용을 한다.The composite anode active material according to the present invention includes nickel. Nickel is added as a metal binder between tin and the less conductive metalloid silicon. Grinding or handling of ductile tin is also improved by alloying with nickel. To improve grinding, it may be convenient to start with a brittle intermetallic compound, for example a Ni 3 Sn 4 alloy instead of a pure nickel metal. In certain embodiments, other elements may be added to enhance the cyclability of the alloy compound. Such a metal or metalloid may be added together with nickel. When titanium is added, the titanium also acts as a grain refiner.

본 발명의 제조 방법에 있어서 전도성 탄소가 첨가되어, 활성 물질의 사이클링시 전도성을 증강시키고, 입자간 전기 접촉 손실 및 집전체와의 접촉을 막아주는 윤활제(lubricant)로서 작용한다. 실리콘과 주석의 함량이 높을 때는, 증가된 양의 탄소를 첨가하여 분쇄 과정을 개선할 수 있다. 전도성 탄소(예를 들어, 시판중인 C-너지65(C-Nergy65)(팀칼(Timcal))의 BET는 50㎡/g 초과이고, 이로 인하여 비가역적 용량은 증가하게 된다. 분쇄시 전도성 탄소가 사용될 때, BET는 분쇄 시간 및 매개 변수의 함수에 있어서 현저하게 감소한다. 그러나, 분쇄시 천연 또는 합성 흑연이 사용될 때 BET는 증가한다. 분쇄시 탄화 실리콘이 소량 형성될 수 있는데(형성되지 않을 수도 있음), 이는 탄화 실리콘 중의 실리콘이 Li와 합금화되지 않아서 분말의 비 용량이 감소하기 때문이다. In the production method of the present invention, conductive carbon is added to act as a lubricant which enhances conductivity when cyclizing the active material and prevents contact loss between particles and contact with the current collector. When the content of silicon and tin is high, an increased amount of carbon may be added to improve the milling process. The BET of the conductive carbon (e.g., C-Nergy 65 (Timcal), commercially available) is greater than 50 m 2 / g, which leads to an increase in the irreversible capacity. BET is significantly reduced in function of grinding time and parameters, however, BET increases when natural or synthetic graphite is used during grinding. Small amounts of silicon carbide can be formed during milling (which may or may not be formed) ), Because silicon in the silicon carbide is not alloyed with Li and the specific capacity of the powder is reduced.

니켈과 (존재한다면) 티타늄은 주석 함량에 대해 충분한 양으로 첨가되어, 주석 전부와 결합하여 주석 상(tin phase)의 사이클 특성을 최적화하는 금속간 상(intermetallic phase)을 형성한다. 하나의 구체예에서, 원자%의 총합인 c+y는 0.75·b보다 크다. 뿐만 아니라, 다른 구체예에서, 분쇄 단계의 주석 상 및 탄소의 총량은 활성 애노드 분말의 전도성 매트릭스 내 실리콘의 팽창을 허용하기에 충분한데, 이와 같은 특징은 z+0.5·b>a 또는 z>a인 조건이 충족될 때 얻어진다. Nickel and titanium (if present) are added in sufficient amounts to the tin content to form an intermetallic phase that combines with all of the tin to optimize the cycle characteristics of the tin phase. In one embodiment, the sum of atomic percent, c + y, is greater than 0.75 · b. In addition, in other embodiments, the total amount of tin phase and carbon in the milling step is sufficient to allow for the expansion of the silicon in the conductive matrix of the active anode powder, such feature being z + 0.5 · b> a or z> a Lt; / RTI &gt; is satisfied.

하나의 구체예에서, 과잉 흑연 또는 전도성 탄소는 전극 제조시 SiaSnbNicTiyMmCz 활성 물질에 첨가될 수 있다. 탄소 함유 화합물은 물질의 팽창을 완충하는 것을 도와 주고, 완성된 전극의 전도 특성을 유지시킨다. 음극을 제조하기 위해서, 활성 물질은 전도성 첨가물과 혼합될 수 있을 뿐만 아니라 적당한 결합제와도 혼합될 수 있다. 이 결합제는 완성된 복합 전극의 무결성, 예를 들어 전류 집전체에 대한 부착성을 증강시키고, 연속적 팽창과 용적의 감소를 완충시키는데 기여한다. 문헌에는 적당한 다수의 결합제가 기술되어 있다. 이러한 결합제 대부분은 n-메틸-피롤리돈이거나 물을 기반으로 하는 것이다. 사용 가능한 결합제로서는 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴산, 셀룰로스 및 폴리비닐디플루오라이드를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, excess graphite or conductive carbon may be added to the Si a Sn b Ni c Ti y M m C z active material during electrode production. The carbon-containing compound helps buffer the expansion of the material and maintains the conducting properties of the finished electrode. To prepare the cathode, the active material can be mixed with a conductive additive as well as with a suitable binder. This binder enhances the integrity of the finished composite electrode, e. G., Adhesion to the current collector, and contributes to cushioning the continuous expansion and reduction of the volume. A number of suitable binders are described in the literature. Most of these binders are n-methyl-pyrrolidone or water based. Usable binders include, but are not limited to, polyimide, polytetrafluoroethylene, polyethylene oxide, polyacrylate or polyacrylic acid, cellulose and polyvinyl difluoride.

배터리에 사용되는 전해질은 활성 물질의 작용을 가능하게 한다. 예를 들어, 실리콘 계면을 보호하는, 안정적인 고체-전해질 계면상(SEI)이 형성된다. 전해질 첨가물, 예를 들어 VC, FEC 또는 기타 다른 플루오르화 탄산염은 리튬 확산을 허용하고 전해질의 분해를 막아주는, 안정적이면서 가요성의(flexible) SEI 장벽을 형성한다. 만일 SEI 층이 가요성이 아니라면, 예를 들어 입자들을 함유하는 실리콘의 연속적인 팽창은 실리콘 표면에서 전해질의 연속적 분해를 유도한다. 전해질은 또한 고체나 겔의 형태일 수도 있다.The electrolyte used in the battery enables the action of the active material. For example, a stable solid-electrolyte interface phase (SEI) is formed that protects the silicon interface. Electrolyte additives such as VC, FEC or other fluorocarbonates form a stable and flexible SEI barrier that allows lithium diffusion and prevents decomposition of the electrolyte. If the SEI layer is not flexible, for example, the continuous expansion of the silicon containing particles induces a continuous decomposition of the electrolyte at the silicon surface. The electrolyte may also be in the form of a solid or gel.

본 발명은 이하 실시예들을 통하여 추가로 설명된다.
The invention is further illustrated through the following examples.

반례An example 1 One

Ni3Sn4 분말, Si 분말, Al 분말 및 탄소(C-너지65, 팀칼)를 수평 어트리터(ZOZ의 시몰로이어(Simoloyer)® cm01, 벤덴 소재) 내에서 분쇄하였다. 산화를 방지하기 위해, 아르곤 가스 대기 하에서 분쇄를 수행하였다. 조성과 공정 조건들은 표 1에 주어져 있다. 조성 매개 변수 a, b, c, y(여기서, Ti는 일반식 중 Al에 의해 대체됨) 및 z에 대한 수치는 표 8에 주어져 있다. The Ni 3 Sn 4 powder, Si powder, Al powder and carbon (C- energy 65, timkal) was ground in a horizontal Saba liter (from a simol of ZOZ (Simoloyer) ® cm01, benden material). In order to prevent oxidation, milling was carried out under an argon gas atmosphere. The composition and process conditions are given in Table 1. The values for the composition parameters a, b, c, y (where Ti is replaced by Al in the general formula) and z are given in Table 8.

반례 1의 실험 조건Experimental conditions of the counterexample 1 비고Remarks amount Ni3Sn4 Ni 3 Sn 4 실험실에서 제조Manufactured in the laboratory 47.29g47.29 g SiSi 키베스트(Keyvest) Si 0㎛ 내지 50㎛Keyvest Si 0 탆 to 50 탆 12.53g12.53 g AlAl 메르크(Merck) 808 K3696756Merck 808 K3696756 1.40g1.40 g 카본 블랙Carbon black 팀칼 C-너지 65Timal C-Energy 65 7.43g7.43 g 총 분말Total powder 68.65g68.65g ball 직경 5㎜, 경화강 100Cr6Diameter 5 mm, hardened steel 100 Cr6 1373g1373 g BPR(볼/분말)BPR (ball / powder) 2020 충전도 밀Chargeability mill 38vol%38 vol% 분쇄 시간(시간)Grinding time (hours) 20시간20 hours 회전 속도(rpm)Rotational speed (rpm) 700rpm700rpm

분쇄 후, 분말을 제어 기류 하에서 부동태화하여 과도하게 산화되는 것을 막았다. 분말 특성은 표 3에 주어져 있으며, XRD는 도 1에 나타내어져 있다(모든 XRD 도면은 2θ에 대한 초당 카운트를 나타냄). 복합 음극은 이렇게 분쇄된 분말 55wt%, Na-CMC 결합제(MW<200K) 25wt% 및 유도성 첨가물(C-너지65, 팀칼) 20wt%를 사용하여 제조하였다. Na-CMC 결합제 수용액 4wt%를 제조하고 나서 밤새 혼합하였다. 전도성 탄소를 첨가한 다음, 고 전단하에서 결합제 용액과 혼합하였다. 탄소를 용해한 후 활성 물질을 첨가하였다. 페이스트를 방치하여 둔 다음, 이를 120㎛ 내지 230㎛의 습윤 두께로 구리 호일(17㎛) 상에 코팅하였다. 전극을 밤새 건조시켰다.After milling, the powder was passivated under controlled flow to prevent excessive oxidation. The powder properties are given in Table 3 and the XRD is shown in Fig. 1 (all XRD plots show the counts per second for 2 &amp;thetas;). The composite anode was prepared using 55 wt% powdered powder, 25 wt% Na-CMC binder (MW &lt; 200 K), and 20 wt% inducible additive (C-energy 65, Timal). 4 wt% Na-CMC binder aqueous solution was prepared and then mixed overnight. Conductive carbon was added and then mixed with the binder solution under high shear. After the carbon was dissolved, the active material was added. The paste was allowed to sit and then coated on a copper foil (17 mu m) with a wet thickness of 120 mu m to 230 mu m. The electrode was dried overnight.

둥근 모양의 전극들에 구멍을 뚫고 100℃ 초과에서 진공을 사용하여 건조시켰다. 전극을, 글러브박스(건조 Ar 대기) 내에서 제조된 코인 셀을 사용하여 금속 리튬에 대해 전기 화학 테스트를 실시하였다. 상이한 합금의 전기 화학적 평가를 (대응 전극으로서 금속 리튬을 사용하여) 반쪽 코인 셀 내에서 수행하였다. 처음 2회 사이클을 느린 속도(C/20 레이트(rate), 이는 활성 물질의 20시간 내 충전율 또는 방전율이 1Ah/g임을 의미함)로 수행하였으며, 리튬 치환 반응 단계에 있어서 제1 사이클의 컷-오프 전압(cut-off voltage)은 0V이었고, 제2 사이클의 컷-오프 전압은 10mV이었으며, 상기 제1 사이클 및 제2 사이클 둘다의 탈리튬 단계에 있어서의 컷-오프 전압은 2V이었다. 제3 사이클 및 제4 사이클은 C-레이트(C-rate), 즉 C/10(활성 물질의 10시간 내 충전율 또는 방전율이 1Ah/g임을 의미함)으로 수행하였으며, 리튬 치환 반응 단계에 있어서 컷-오프 전압은 70mV이었고, 탈리튬 반응 단계에 있어서의 컷-오프 전압은 2V이었다. 이러한 컷-오프 전압은 나머지 테스트 기간 동안 동일하게 유지시켰다. The rounded electrodes were punched and dried using a vacuum at over 100 &lt; 0 &gt; C. The electrode was electrochemically tested for metal lithium using a coin cell fabricated in a glove box (dry Ar atmosphere). The electrochemical evaluation of the different alloys was carried out in a half-coin cell (using metal lithium as the corresponding electrode). The first two cycles were performed at a slow rate (C / 20 rate, which means that the chargeability or discharge rate within 20 hours of the active material is 1 Ah / g) and the cut- The cut-off voltage was 0V, the cut-off voltage in the second cycle was 10mV, and the cut-off voltage in the pre-lithium step in both the first cycle and the second cycle was 2V. The third cycle and the fourth cycle were carried out at a C-rate, i.e. C / 10 (meaning that the chargeability or discharge rate in 10 hours of the active material was 1 h / g) The off-state voltage was 70 mV, and the cut-off voltage in the pre-lithium reaction stage was 2 V. This cut-off voltage was kept the same for the rest of the test period.

그 다음, 추후의 48회 사이클을 더 빠른 속도(1C 비율, 이는 활성 물질의 1시간 내 충전율 또는 방전율이 1Ah/g임을 의미함)로 수행하였다. 배터리의 나머지 용량을 평가하기 위하여, 제54 사이클 및 제55 사이클을 더 느린 속도(C/10)로 다시 수행하였다. 그 후로부터, 48회 사이클 동안 신속 사이클링(1C) 및 2회 사이클 동안 느린 사이클링(C/10)의 기간을 번갈아 진행시켰다(신속 사이클링 48회, 느린 사이클링 2회, 신속 사이클링 48회, 느린 사이클링 2회 등). 이 방법으로 합금의 신속하고도 신뢰성있는 전기 화학적 평가가 가능하였다.The subsequent 48 cycles were then carried out at a higher rate (1C ratio, which means that the filling rate or discharge rate within 1 hour of the active material is 1 Ah / g). To evaluate the remaining capacity of the battery, the 54th cycle and the 55th cycle were performed again at a slower rate (C / 10). From then on, alternating cycles of rapid cycling (1C) for 48 cycles and slow cycling (C / 10) for 2 cycles (rapid cycling 48 times, slow cycling 2 times, fast cycling 48 times, slow cycling 2 Etc.). This method enabled the rapid and reliable electrochemical evaluation of alloys.

표 1a은 사이클링 순서에 관한 상세 내용을 제공한다. Table 1a provides details regarding the cycling sequence.

[표 1a][Table 1a]

(모든 실시예에 대해 유효함)(Valid for all embodiments)

Figure 112013038614459-pct00001

Figure 112013038614459-pct00001

비교 실시예 1에 대한 전기 화학적 결과들은 도 4에 나타내어져 있다(사이클 수에 대한 용량으로 제시함). 그래프 상에서, 표시된 점들은 제2 사이클과 제4 사이클, 그리고 각각의 이완기(C/10)에 있어서 2차 사이클(즉, 제2 사이클, 제4 사이클, 제55 사이클, 제106 사이클, 제157 사이클, 제208 사이클, 제259 사이클 및 제310 사이클)에 상응한다. Al 함유 물질에 있어서 용량은 사이클링시 서서히 감소하였음을 확인할 수 있다.
The electrochemical results for Comparative Example 1 are shown in FIG. 4 (presented in terms of the capacity per cycle). On the graph, the indicated points are the second cycle, the fourth cycle, and the second cycle (i.e., the second cycle, the fourth cycle, the 55th cycle, the 106th cycle, the 157th cycle , The 208th cycle, the 259th cycle, and the 310th cycle). It can be confirmed that the capacity of the Al-containing material is gradually decreased upon cycling.

실시예Example 2 (y=0) 2 (y = 0)

Ni3Sn4 분말, Si 분말 및 카본 블랙을 수평 어트리터(ZOZ의 시몰로이어® cm01, 벤덴 소재) 내에서 8시간 동안 1400rpm에서 분쇄하였다. 산화를 방지하기 위해, 아르곤 가스 대기 하에서 분쇄를 수행하였다. 조성과 공정 조건들은 표 2에 주어져 있다. 조성 매개 변수 a, b, c 및 z에 대한 수치는 표 8에 주어져 있다.Ni 3 Sn 4 in the powder was ground, 1400rpm for 8 hours in the Si powder and the level of carbon black Saba liter (from a simol of ZOZ ® cm01, benden material). In order to prevent oxidation, milling was carried out under an argon gas atmosphere. The composition and process conditions are given in Table 2. Values for composition parameters a, b, c, and z are given in Table 8.

실시예 2의 실험 조건Experimental conditions of Example 2 비고Remarks amount Ni3Sn4 Ni 3 Sn 4 실험실에서 제조Manufactured in the laboratory 44.85g44.85 g SiSi 키베스트 Si 0㎛ 내지 50㎛Key Vest Si 0 탆 to 50 탆 14.13g14.13 g 카본 블랙Carbon black 팀칼 C-너지 65Timal C-Energy 65 8.52g 8.52 g 총 분말Total powder 67.5g67.5 g ball 직경 5㎜, 경화강 100Cr6Diameter 5 mm, hardened steel 100 Cr6 1350g1350 g BPR(볼/분말)BPR (ball / powder) 2020 충전도 밀Chargeability mill 38vol%38 vol% 분쇄 시간(h)Grinding time (h) 8시간8 hours 회전 속도(rpm)Rotational speed (rpm) 1400rpm1400rpm

분쇄 후, 분말을 제어 기류 하에서 부동태화하여 과도하게 산화되는 것을 막았다. 분말 특성은 표 3에 주어져 있으며, XRD는 도 2에 나타내어져 있다. After milling, the powder was passivated under controlled flow to prevent excessive oxidation. Powder characteristics are given in Table 3, and XRD is shown in Fig.

반례 1에서와 같이 추가의 가공 및 코인 셀 제조를 수행하였다. 전기 화학적 결과들은 도 4에 나타내어져 있다. 사이클링시 용량 보유력은 반례 1의 경우보다 우수하였다.Additional fabrication and coin cell fabrication was performed as in Example 1. Electrochemical results are shown in Fig. Capacity retention during cycling was superior to that of the counter case 1.

실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 분말의 특성The properties of the powders prepared in Examples 1 and 2 반례 1Counterfeit 1 실시예 2Example 2 입도 d50(㎛)Particle size d50 (占 퐉) 3.793.79 5.405.40 산소 함량(wt%)Oxygen content (wt%) 2.0%2.0% 1.7%1.7% BET(㎡/g)BET (m &lt; 2 &gt; / g) 18.0018.00 5.755.75 이론상 용량(mAh/g)Theoretical capacity (mAh / g) 12011201 12001200 제2 사이클 용량(mAh/g)Second cycle capacity (mAh / g) C/20 - 10mVC / 20 - 10mV 10741074 11121112 제4 사이클 용량(mAh/g)Fourth cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 847847 863863 제106 사이클 용량(mAh/g)106th cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 758(90%)758 (90%) 831(96%)831 (96%) 제208 사이클 용량(mAh/g)208th cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 647(76%)647 (76%) 724(84%)724 (84%) 제310 사이클 용량(mAh/g)310 cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 539(64%)539 (64%) 597(69%)597 (69%)

상기 표(그리고 또한 이하 표 7)에, 각 합금에 대하여 제2 사이클, 제4 사이클, 제106 사이클, 제208 사이클 및 제310 사이클에서의 용량이 주어져 있으며, 제4 사이클에 대하여 상응하는 용량 보유력(C/10에서 수행하였으며, 컷-오프 전압은 70mV임)이 계산되어 있다.
In the above table (and also in Table 7 below), the capacities for the second cycle, the fourth cycle, the 106th cycle, the 208th cycle and the 310th cycle are given for each alloy, and the corresponding capacity retention (C / 10, cut-off voltage is 70 mV).

실시예Example 3 3

Ni3Sn4 분말, Si 분말, Ti 분말 및 카본 블랙을 수평 어트리터(ZOZ의 시몰로이어® cm01, 벤덴 소재) 내에서 8시간 동안 1400rpm에서 분쇄하였다. 산화를 방지하기 위해, 아르곤 가스 대기 하에서 분쇄를 수행하였다. 조성과 공정 조건들은 표 4에 주어져 있다. 조성 매개 변수 a, b, c, y 및 z에 대한 수치는 표 8에 주어져 있다.Ni 3 Sn 4 powder was pulverized by a Si powder, the Ti powder and 1400rpm for 8 hours carbon black in the horizontal Saba liter (from ® cm01, benden material to simol of ZOZ). In order to prevent oxidation, milling was carried out under an argon gas atmosphere. The composition and process conditions are given in Table 4. Values for the composition parameters a, b, c, y, and z are given in Table 8.

실시예 3의 실험 조건Experimental conditions of Example 3 비고Remarks amount Ni3Sn4 Ni 3 Sn 4 실험실에서 제조Manufactured in the laboratory 50.75g50.75g SiSi 키베스트 Si 0㎛ 내지 50㎛Key Vest Si 0 탆 to 50 탆 15.81g15.81 g TiTi 구형 분말, 100메쉬, 알드리치(Aldrich)Spherical powder, 100 mesh, Aldrich, 2.00g 2.00 g 카본 블랙Carbon black 팀칼 C-너지 65Timal C-Energy 65 9.50g9.50g 총 분말Total powder 78.06g78.06g ball 직경 5㎜, 경화강 100Cr6Diameter 5 mm, hardened steel 100 Cr6 1600g1600 g BPR(볼/분말)BPR (ball / powder) 2020 충전도 밀Chargeability mill 44vol%44 vol% 분쇄 시간(시간)Grinding time (hours) 8시간8 hours 회전 속도(rpm)Rotational speed (rpm) 1400rpm1400rpm

분쇄 후, 분말을 제어 기류 하에서 부동태화하여 과도하게 산화되는 것을 막았다. 분말 특성은 표 7에 주어져 있다.After milling, the powder was passivated under controlled flow to prevent excessive oxidation. The powder properties are given in Table 7.

반례 1에서와 같이 추가의 가공 및 코인 셀 제조를 수행하였다. 전기 화학적 결과들은 도 4에 나타내어져 있다. 사이클링시 용량 보유력은 반례 1 및 실시예 2의 경우보다 우수하였다.
Additional fabrication and coin cell fabrication was performed as in Example 1. Electrochemical results are shown in Fig. The capacity retention during cycling was superior to that of Example 1 and Example 2.

실시예Example 4 4

Ni3Sn4 분말, Si 분말, Ti 분말 및 카본 블랙을 수평 어트리터(ZOZ의 시몰로이어® cm01, 벤덴 소재) 내에서 8시간 동안 1400rpm에서 분쇄하였다. 산화를 방지하기 위해, 아르곤 가스 대기 하에서 분쇄를 수행하였다. 조성과 공정 조건들은 표 5에 주어져 있다. 조성 매개 변수 a, b, c, y 및 z에 대한 수치는 표 8에 주어져 있다.Ni 3 Sn 4 powder was pulverized by a Si powder, the Ti powder and 1400rpm for 8 hours carbon black in the horizontal Saba liter (from ® cm01, benden material to simol of ZOZ). In order to prevent oxidation, milling was carried out under an argon gas atmosphere. The composition and process conditions are given in Table 5. Values for the composition parameters a, b, c, y, and z are given in Table 8.

실시예 4의 실험 조건Experimental conditions of Example 4 비고Remarks amount Ni3Sn4 Ni 3 Sn 4 실험실에서 제조Manufactured in the laboratory 50.75g50.75g SiSi 키베스트 Si 0㎛ 내지 50㎛Key Vest Si 0 탆 to 50 탆 15.81g15.81 g TiTi 구형 분말, 100메쉬, 알드리치Spherical powder, 100 mesh, Aldrich 4.00g4.00 g 카본 블랙Carbon black 팀칼 C-너지 65Timal C-Energy 65 9.50g9.50g 총 분말Total powder 80.06g80.06g ball 직경 5㎜, 경화강100Cr6Diameter 5 mm, hardened steel 100 Cr6 1600g1600 g BPR(볼/분말)BPR (ball / powder) 2020 충전도 밀Chargeability mill 44vol%44 vol% 분쇄 시간(시간)Grinding time (hours) 8시간8 hours 회전 속도(rpm)Rotational speed (rpm) 1400rpm1400rpm

분쇄 후, 분말을 제어 기류 하에서 부동태화하여 과도하게 산화되는 것을 막았다. 분말 특성은 표 7에 주어져 있으며, XRD는 도 3에 나타내어져 있다. After milling, the powder was passivated under controlled flow to prevent excessive oxidation. Powder characteristics are given in Table 7, and XRD is shown in FIG.

반례 1에서와 같이 추가의 가공 및 코인 셀 제조를 수행하였다. 전기 화학적 결과들은 도 4에 나타내어져 있다. 사이클링시 용량 보유력은 반례 1 및 실시예 2의 경우보다 우수하였다.
Additional fabrication and coin cell fabrication was performed as in Example 1. Electrochemical results are shown in Fig. The capacity retention during cycling was superior to that of Example 1 and Example 2.

실시예Example 5 5

Ni3Sn4 분말, Si 분말, Ti 분말 및 카본 블랙을 수평 어트리터(ZOZ의 시몰로이어® cm01, 벤덴 소재) 내에서 8시간 동안 1400rpm에서 분쇄하였다. 산화를 방지하기 위해, 아르곤 가스 대기 하에서 분쇄를 수행하였다. 조성과 공정 조건들은 표 6에 주어져 있다. 조성 매개 변수 a, b, c, y 및 z에 대한 수치는 표 8에 주어져 있다.Ni 3 Sn 4 powder was pulverized by a Si powder, the Ti powder and 1400rpm for 8 hours carbon black in the horizontal Saba liter (from ® cm01, benden material to simol of ZOZ). In order to prevent oxidation, milling was carried out under an argon gas atmosphere. The composition and process conditions are given in Table 6. Values for the composition parameters a, b, c, y, and z are given in Table 8.

실시예 5의 실험 조건Experimental conditions of Example 5 비고Remarks amount Ni3Sn4 Ni 3 Sn 4 실험실에서 제조Manufactured in the laboratory 50.75g50.75g SiSi 키베스트 Si 0㎛ 내지 50㎛Key Vest Si 0 탆 to 50 탆 15.81g15.81 g TiTi 구형 분말, 100메쉬, 알드리치Spherical powder, 100 mesh, Aldrich 6.00g6.00 g 카본 블랙Carbon black 팀칼 C-너지 65Timal C-Energy 65 9.50g9.50g 총 분말Total powder 82.06g82.06g ball 직경 5㎜, 경화강 100Cr6Diameter 5 mm, hardened steel 100 Cr6 1600g1600 g BPR(볼/분말)BPR (ball / powder) 2020 충전도 밀Chargeability mill 44vol%44 vol% 분쇄 시간(시간)Grinding time (hours) 8시간8 hours 회전 속도(rpm)Rotational speed (rpm) 1400rpm1400rpm

분쇄 후, 분말을 제어 기류 하에서 부동태화하여 과도하게 산화되는 것을 막았다. 분말 특성은 표 7에 주어져 있다. After milling, the powder was passivated under controlled flow to prevent excessive oxidation. The powder properties are given in Table 7.

반례 1에서와 같이 추가의 가공 및 코인 셀 제조를 수행하였다. 전기 화학적 결과들은 도 4에 나타내어져 있다. 사이클링시 용량 보유력은 반례 1 및 실시예 2의 경우보다 우수하였다.Additional fabrication and coin cell fabrication was performed as in Example 1. Electrochemical results are shown in Fig. The capacity retention during cycling was superior to that of Example 1 and Example 2.

실시예 3 내지 실시예 5에서 제조된 분말의 특성The properties of the powders prepared in Examples 3 to 5 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 입도 d50(㎛)Particle size d50 (占 퐉) 5.435.43 5.385.38 5.35.3 산소 함량(wt%)Oxygen content (wt%) 1.6%1.6% 1.8%1.8% 1.8%1.8% BET(㎡/g)BET (m &lt; 2 &gt; / g) 7.57.5 6.46.4 5.85.8 이론상 용량(mAh/g)Theoretical capacity (mAh / g) 11901190 11611161 11321132 제2 사이클 용량(mAh/g)Second cycle capacity (mAh / g) C/20 - 10mVC / 20 - 10mV 10601060 10201020 923923 제4 사이클 용량(mAh/g)Fourth cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 819819 798798 709709 제106 사이클 용량(mAh/g)106th cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 802(98%)802 (98%) 815(102%)815 (102%) 719(102%)719 (102%) 제208 사이클 용량(mAh/g)208th cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 727(89%)727 (89%) 724(91%)724 (91%) 652(92%)652 (92%) 제310 사이클 용량(mAh/g)310 cycle capacity (mAh / g) C/10 - 70mVC / 10 - 70mV 630(77%)630 (77%) 648(81%)648 (81%) 560(79%)560 (79%)

실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 분말의 조성 매개 변수 수치Composition parameter values of the powders prepared in Examples 1 to 5 At %At% a(Si)a (Si) b(Sn)b (Sn) c(Ni)c (Ni) yy z (C)z (C) 반례 1Counterfeit 1 29.0%29.0% 16.0%16.0% 12.0%12.0% Al: 3%Al: 3% 40.0%40.0% 실시예 2Example 2 29.6%29.6% 16.2%16.2% 12.2%12.2% 0.0%0.0% 42.0%42.0% 실시예 3Example 3 29.0%29.0% 16.1%16.1% 12.0%12.0% Ti: 2.2%Ti: 2.2% 40.7%40.7% 실시예 4Example 4 28.4%28.4% 15.7%15.7% 11.8%11.8% Ti: 4.2%Ti: 4.2% 39.9%39.9% 실시예 5Example 5 27.8%27.8% 15.4%15.4% 11.6%11.6% Ti: 6.2%Ti: 6.2% 39.1%39.1%

본 발명에 의한 임의의 구체예에서, 25≤a≤35, 10≤b≤20, 10≤c≤15, 1≤y≤10 및 35≤z≤45이다. 또한 구체예는 25≤a≤30, 15≤b≤18, 10≤c≤12.5, 2≤y≤8 및 37≤z≤43일 수 있다. 모든 실험에서, Fe, Co 및 Cr 중 임의의 하나 이상은 분쇄 장치로 인해 미량으로 확인될 수 있었다(0≤m≤1). 그러나, m 수치는 표 8의 분석 결과에서 고려되지 않은 것이다.In certain embodiments of the present invention, 25? A? 35, 10? B? 20, 10? C? 15, 1? Y? 10 and 35? Specific examples may be 25? A? 30, 15? B? 18, 10? C? 12.5, 2? Y? 8 and 37? Z? 43. In all experiments, any one or more of Fe, Co and Cr could be identified in trace amounts due to the grinding apparatus (0 &lt; = m &lt; = 1). However, the m-values are not taken into account in the analysis results of Table 8.

Claims (13)

조성식이 SiaSnbNicTiyMmCz(식 중, a, b, c, y, m 및 z는 원자% 값을 나타내고, M은 Fe, Cr 및 Co 중 임의의 하나 이상이며, 25≤a≤35, 10≤b≤20, 10≤c≤15, 1≤y≤10, 35≤z≤45, 0≤m≤1, z+0.5·b>a이고, c+y>0.75·b임)인 리튬 이온 배터리용 음극 활성 물질.
A, b, c, y, m and z are atomic% values, M is at least one of Fe, Cr and Co, and the composition formula is Si a Sn b Ni c Ti y M m C z , 15, 1? Y? 10, 35? Z? 45, 0? M? 1, z + 0.5? B> a, c + y> 0.75 Negative active material for a lithium ion battery.
제 1 항에 있어서,
25≤a≤30, 15≤b≤18, 10≤c≤12.5, 2≤y≤8 및 37≤z≤43인 음극 활성 물질.
The method according to claim 1,
30, 15? B? 18, 10? C? 12.5, 2? Y? 8 and 37? Z? 43.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
y는 3 at% 내지 12 at%인 음극 활성 물질.
3. The method according to claim 1 or 2,
and y is 3 at% to 12 at%.
- 조성물 SiaSnbNicTiyMmCz 중의 원소들의 분말 및/또는 이 원소들의 합금화된 분말의 혼합물을 제공하는 단계, 및
- 비 산화 조건 하에서 분말 혼합물을 고 에너지 분쇄하는 단계를 포함하는, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 음극 활성 물질의 제조방법.
- providing a mixture of powders of elements in the composition Si a Sn b Ni c Ti y M m C z and / or a mixture of alloyed powders of these elements, and
A method for producing the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 3, comprising a step of high-energy pulverizing the powder mixture under non-oxidizing conditions.
제 4 항에 있어서,
고 에너지 분쇄는 Ar, N2, CO 및 CO2 중 임의의 하나 이상을 포함하는 가스의 보호 대기 중에서 수행되는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the high energy pulverization is performed in a protective atmosphere of a gas containing any one or more of Ar, N 2 , CO and CO 2 .
제 4 항에 있어서,
고 에너지 분쇄는 수평 또는 수직 어트리터 내에서 수행되는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the high energy pulverization is performed in a horizontal or vertical attritor.
제 4 항에 있어서,
Sn 및 Ni는 원자화된 SnNi 합금과 Ni3Sn4 화합물 중 임의의 하나 이상으로서 제공되는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein Sn and Ni are provided as any one or more of atomized SnNi alloy and Ni 3 Sn 4 compound.
제 4 항에 있어서,
Sn, Ti 및 Ni는 원자화된 Ni3Sn4-Ti 합금으로서 제공되는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Sn, Ti and Ni are provided as atomized Ni 3 Sn 4 -Ti alloys.
제 4 항에 있어서,
C는 카본 블랙으로서 제공되는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
And C is provided as carbon black.
제 4 항에 있어서,
고 에너지 분쇄된 혼합물에 전도성 탄소 또는 흑연을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 음극 활성 물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Further comprising the step of adding conductive carbon or graphite to the high energy pulverized mixture.
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